LZ(4)_11_2015 (Д.Г. Замолодчиков «Экология» - 4 курс)

.Лекция 11Тема 8. Процессы развития в экологическихсистемах: сукцессии, эволюция биосферыЭкологияЗаведующий кафедрой общей экологииДмитрий Геннадьевич Замолодчиковdzamolod@mail.ruСукцеccия – процесс развития экосистемы,при котором имеет место смена однойэкосистемы другой.Э1Э2Э3стадииЭ4климаксПроцесс смены, как правило, идет до образованияустойчивой экосистемы, которая можетсуществовать длительное время при отсутствииизменений внешней среды (постоянстве климата,отсутствии инвазий и нарушений).

Эту конечнуюстадию называют климаксом.Классификации сукцессийПо стартовой точке сукцессии:первичная сукцессия начинается с лишенныхжизни территорий;вторичная сукцессия возникает на местеразрушенных или нарушенных экосистем.По характеру движущих сил:автогенная (эндогенная) – протекает подвоздействием внутренних процессов;аллогенная (экзогенная) – протекает подвлиянием внешних силПо характеру протекающих процессов сукцессииподразделяют на эндогенные и экзогенные.Движущей силой эндогенной сукцессии являетсядисбаланс потоков вещества и энергии.Потоки энергииGPPNEPERВремяВ климаксной экосистеме NEP=0Динамика чистой первичной продукции (А), биомассы (B),числа видов (С) и числа видов-интродуцентов (D)при вторичной сукцессии в дубово-сосновом лесуСколько имеется вариантов климаксныхэкосистем в одном регионе?концепция моноклимаксаконцепция поликлимаксаКонцепция моноклимакса ФредерикаКлементсаВ каждом природном районе имеетсяодно климаксовое состояние, ккоторому в ходе сукцессииустремляются все экосистемы.В ходе сукцессии происходит «мезофитизация»среды и растительности.Климакс является наиболее продуктивнойэкосистемой.Серии реализуются как цепочки жесткодетерминированных последовательных стадий.Сукцессионная схема Московского ботаникогеографического региона по С.М.

Разумовскому (1981)ксеросерияклимаксмезоосериимезосерияолиготрофнаягидросериямезотрофнаягидросерияэвтрофнаягидросерияТак ли выглядел доисторический растительныйпокров Подмосковья?Синтез концепций – иерархическийполиклимаксконцепция климатического и эдафического климаксаОбзор сукцессий.Первичные автогенные сукцессии1. На застывших лавовых потоках.2.

На субстратах, образующихся при таянииледников3. На приморских и речных песчаных отложениях.4. На обнаженных техногенных субстратахПервичная сукцессия: зарастаниеледникового озера1.Озеро,образовавшеесяпосле таяния ледника.2. Озеро со сплавиной.3. Торфяное необлесенноеболото.4. Хвойный лес на верховомболоте.Вторичные сукцессии1. Сукцессии после рубок и пожаров в лесах.2. Сукцессии на выведенных из оборота пахотныхземлях.3. Постпастбищная восстановительная сукцессия.Вторичная сукцессия: зарастание таежной вырубки1-5 лет - кустарниковаястадия5-30 лет – лиственныймолодняк30-50 лет – лиственный лес сподростом ели50-80 лет – смешанный лес80-150 лет – одновозрастныйельник>150 лет – разновозрастныйельникРазличия экологических характеристик постадиям сукцессииПараметрСтадииДиапазоны толерантности ШирокиевидовЖизненные стратегии по r-видыМак-АртуруЖизненные стратегии по ЭксплерентыРаменскомуПопуляционныевзаимодействияПотоки энергииКонкуренцияКлимаксУзкиеK-видыВиолентыПатиентыСимбиозNEP>0 (NEP<0) NEP=04.6 млрд.

лет назад - образование ЗемлиНебулярная гипотеза – образование звездыи планетных систем из облаковмолекулярного водорода, содержащихтакже включения других элементов.Протопланетарный диск в туманности Ориона.4.6-4.0 млрд. лет назад - катархейГравитационная дифференциация ЗемлиРазделение внутренних слоёв Земли на мантиюи металлическое ядро Выделение газов из коры и вулканическаяактивность привели к образованию первичнойатмосферы Конденсация водяного пара привела кобразованию океанов Земная атмосфера состояла из лёгкихэлементов: водорода и гелия, но содержалазначительно больше углекислого газа4.0-2.5 млрд. лет назад – архей.Период химической эволюцииЭксперимент Стэнли Миллера (1953): образование органических молекул(аминокислоты, сахара, липиды) из неорганических веществ (CH4, NH3, H2, CO)Стэнли Ллойд Миллер(1930-2007)4.0-2.5 млрд.

лет назад – архей.3.46 млрд. лет назад – самый раннийизвестный живой организмТрубчатые окаменелости, сходные соболочками современных бактерийОтложения песчаника вВосточной Австралии2.8 млрд. лет назад – появлениекислородного фотосинтеза (цианобактерии)Окаменелый строматолит – ископаемыйостаток цианобактериального матаСовременные строматолиты(Западная Австралия)Содержание кислорода в атмосфере Земли4.52.51.90.90.5Миллиарды летH. Holland, 20062.5-0.542 млрд. лет назад - протерозой2.4 млрд. лет назад – кислородная катастрофаВымирание либо катастрофическоесокращение численности анаэробныхорганизмов (первичной биосферы) Изменение характера образованияосадочных пород (окисленные породы) Изменение состава атмосферы,сокращение концентрации метана (CH4) Похолодание климата, первое оледенение2.4-2.1 млрд.

лет назад – гуронское оледенениеЗемля – снежный шарик в течение 300 млн. летВыход из состояния снежного шарика:постепенное выделение CO2 мантией2.0 млрд. лет назад – появление эукариотовГипотезасимбиогенезаСодержание кислорода в атмосфере Земли4.52.51.9Миллиарды лет0.90.5630-540 млн. лет назад – ранний вариант многоклеточныхживотных (эдиакарская фауна)540 млн. лет назад по наст.

время - фанерозой540 млн. лет назад – кембрийский взрыв искелетная революцияПоявление хордовых, моллюсков,членистоногих, иглокожих Формирование экзоскелета в связи сразвитием отношений хищник-жертаТрилобитМареллаХиолитСодержание кислорода в атмосфере Земли4.52.51.9Миллиарды лет0.90.5При 10% кислорода начинаетформироваться озоновый слой400 млн. лет назад –массовый выход жизни на сушуИхтиостегаПсилофит первичный360-300 млн. лет назад – каменноугольный период.Сильный дисбаланс в цикле углерода (углеобразование)Содержание кислорода в атмосфере Земли4.52.51.9Миллиарды лет0.90.5250 млн.

лет назад – пермско-триасовоевымирание живых организмовВымерло 96% морских видов и 70% наземныхвидовВероятные причины.1.Усиление вулканической деятельности вСибири (излияние трапов, выбросхлороводорода)2.Столкновение Земли с астероидом3.Метановая катастрофа (метангидратноеружье)4.Изменения состава атмосферы и климата252-66 млн. лет назад – доминированиерептилий (мезозой)Эволюционное древо рептилий65 млн. лет назад - мел-палеогеновоевымираниеВсего погибло 16 % семейств морскихживотных (47 % родов морских животных) и18 % семейств сухопутных позвоночных.В числе известных групп: динозавры,птерозавры, аммониты, белемниты.АммонитБелемнитВероятные причины мел-палеогеновоговымиранияИзменение климата (смена термоэрыкриоэрой) Падение астероида, столкновение скометой Вулканическая активность (излияниедеканских траппов) Эволюция млекопитающих (появлениеформ, способных потреблять яйцадинозавров).Конвективные ячейки криоэр (а) и термоэр (б)Расположение материков в мезозое (а) исовременности (б)66-0 млн.

лет – кайнозойская эра.На суше доминирование покрытосеменныхрастений, насекомых, птиц и млекопитающихХарактерная черта эры – смена оледенений имежледниковийЦиклы Миланковича –причина смены оледенений и межледниковийT — изменения наклона (наклонения) оси Земли; E — измененияэксцентриситета орбиты (степени ее отклонения от круга, эксцентриситеткруговой орбиты равен нулю); P — прецессия, то есть круговое изменениенаправления оси вращения планеты.